Fyzici zkrotí základní částice muonu do přesně kontrolovaného paprsku

Fyzici zkrotí základní částice muonu do přesně kontrolovaného paprsku

Poprvé vědci zrychlili muony - těžší, nestabilní příbuzné elektronů - v pevně kontrolovaném paprsku, čímž přinesli vizi kolize muonu o krok blíže k realitě.

Tým Japonského výzkumného komplexu Accelerator Research Complex (J-PARC) v Tokai zamířil laserem na proud muonů, aby se rychle pohybující částice téměř zastavily. Vědci poté použili elektrické pole k urychlení těchto „ochlazených“ muonů na asi 4% rychlosti světla. Výsledky, které dosud nebyly recenzovány, byly zveřejněny 15. října na serveru předtiskového serveru Arxiv 1.

Tento úspěch je „velkým krokem vpřed“ v přístupu potřebném k dosažení jednoho Muon Collider stavět. Takový srážkový by mohl být použit k provedení extrémně citlivých měření potřebných k odhalení nových fyzikálních jevů. Stavět by bylo menší a potenciálně levnější než jiní kolidisté ​​částic, řekl Tova Holmes, fyzik částic na University of Tennessee v Knoxville.

Muony jsou krátkodobé základní částice, které jsou téměř totožné s elektrony, ale mají více než 200krát vyšší hmotnost. Během posledního desetiletí došlo k rostoucímu pohybu směrem k kompaktnímu muonovému srážce, který by mohl soupeřit nebo dokonce překročit energii dosažené obrovskými protonovými a elektronovými koliders, jako je 27-kilometrová velký hadron srázovač v CERN, evropská fyzikální laboratoř částic poblíž Ženevy. 10-kilometrový kolider muonů mohl produkovat částice s tolik energie jako částice z 90 kilometrového protonového stroje, protože muony jsou základní částice, jejichž celá energie jde do každé srážky. Naproti tomu se mezi jednotlivými kvarky vyskytují protonové kolize.

Zrychlení muonů je však nesmírně obtížné, protože existují pouze asi 2 mikrosekundy před přeměnou na elektron a dva typy Neutrina rozpadat se. Také se pohybují různými směry různými rychlostmi, což je ztěžuje zkrocení do úzkého, vysoce intenzivního proudu. Přestože vědci již dříve zrychlili muony, paprsky jsou „velmi odlišné“, říká spoluautor studie Shusei Kamioka, fyzik částic ve výzkumné organizaci s vysokou energií v Tsukubě v Japonsku. Díky tomu jsou paprsky příliš nepředvídatelné, aby byly použity pro citlivá měření.

K překonání této překážky Kamioka a jeho kolegové zastřelili paprsek pozitivně nabitých muonů, protějšku antihmoty, nazývaných antimuony, do airgel o křemičitém-houbo podobný materiál, který se často používá jako tepelná izolace. Když se pozitivní muony srazily s elektrony ve airgel, vytvořily se neutrální atomy „muonia“. Vědci vypálili laser na tyto atomy, aby přerušili své elektrony a proměnili je zpět na pozitivní muony, které byly téměř zamrzlé. Tento proces chlazení způsobil, že se rychlosti a směry částic staly jednotnějšími.

Vědci pak použili elektrické pole k urychlení těchto zpomalovacích muonů na energii 100 kiloelektronů, čímž dosáhli rychlosti asi 4% rychlosti světla.

Ačkoli výsledky jsou slibné, stále existuje dlouhá cesta, než se Muon Collision stane skutečností, říká Holmes. Tento přístup by musel být zmenšen tak, aby produkoval ještě užší, paprsky s vyšší intenzitou, dodává.

Kamioka uvedl, že on a jeho kolegové vyvíjejí technologii potřebnou k urychlení muonů na 94% rychlosti světla a doufají, že toho dosáhne do roku 2028. „Toto je náš další milník,“ říká.

Kromě budování budoucího sběrače mohli fyziky používat vysoce energetické muonové paprsky v experimentech, které přesahují standardní model fyziky částic, jako je přesná měření záhadného magnetismu Muonů-což je silnější než teoreticky předpovídané, řekl Kamioka.

1. Aritome, S. a kol. Předtisk na https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).

Stáhnout odkazy